免费下载！
[!--downpath--]通过霍尔效应检测磁场在磁场中的载流导体上出现很想电势差的现象是24岁的研究生霍尔（EdwinH.Hall）在1879年发觉的，现今称之为霍尔效应。随着半导体化学学的迅猛发展，霍尔系数和浊度率的检测早已称为研究半导体材料的主要方式之一。通过实验检测半导体材料的霍尔系数和浊度率可以判定材料的导电类型、载流子含量、载流子迁移率等主要参数。若能测得霍尔系数和浊度率随气温变化的关系物理实验 霍尔效应，还可以求出半导体材料的杂质电离能和材料的禁带间距。在霍尔效应发觉约100年后，美国化学学家克利青(Klausvon)等研究半导体在极低气温和强磁场中发觉了量子霍尔效应，它除了可作为一种新型内阻标准，还可以改进一些基本产值的精确测定，是当代汇聚态化学学和磁学令人惊愕的进展之一，克利青因此发觉获得1985年诺贝尔化学学奖。其后法籍日裔数学学家崔琦(D.C.Tsui)和施特默在更强磁场下研究量子霍尔效应时发觉了分数量子霍尔效应。它的发觉使人们对宏观量子现象的认识更深入一步，她们因此发觉获得了1998年诺贝尔化学学奖。用霍尔效应之辈的各类传感，以广泛应用于工业手动化技术、检测技术和信息处理各个方面。
本实验的目的是通过用霍尔器件检测磁场，判定霍尔器件自旋类型，估算自旋的含量和迁移速率，以及了解霍尔效应测试中的各类副效应及清除方式。实验原理通过霍尔效应检测磁场霍尔效应装置如图2.3.1-1和图2.3.1-2所示。将一个半导体薄片置于垂直于它的磁场中(B的方向沿z轴方向)，当沿y方向的电极A、A’上施加电压I时，薄片内定向联通的自旋(设平均速度为u)遭到洛伦兹力FB的作用，FB=quB(1)无论自旋是负电荷还是正电荷，FB的方向均顺着x方向，在磁力的作用下，自旋发生偏斜，形成电荷积累，进而在薄片B、B’两侧形成一个电位差VBB’,产生一个电场E。电场使自旋又遭到一个与FB方向相反的电场力FE，FE＝qE=qVBB’/b(2)其中b为薄片长度，FE随着电荷累积而减小，当达到稳定状态时FE＝FB，即quB=qVBB’/b(3)这时在B、B’两侧构建的电场称为霍尔电场，相应的电流称为霍尔电流，电极B、B’称为霍尔电极。另一方面，射氮化物含量为n,薄片长度为d,则电压硬度I与u的关系为：(4)由(3)和(4)可得到(5)令，则(6)R称为霍尔系数，它彰显了材料的霍尔效应大小。
按照霍尔效应制做的器件称为霍尔器件。在应用中，(6)常以如下方式出现：(7)式中称为霍尔器件灵敏度，I称为控制电压。由式(7)可见，若I、KH已知，只要测出霍尔电流VBB’，即可算出磁场B的大小；而且若知自旋类型(n型半导体多数自旋为电子，P型半导体多数自旋为空穴),则由VBB’的正负可测出磁场方向，反之，若已知磁场方向，则可判定自旋类型。因为霍尔效应构建所需时间很短(10-12~10-14s),因而霍尔器件使用交流电或则直流电都可。指示交流电时，得到的霍尔电流也是交变的，(7)中的I和VBB’应理解为有效值。霍尔效应实验中的付效应在实际应用中，伴随霍尔效应常常存在其他效应。比如实际中自旋迁移速度u服从统计分布规律，速率小的自旋遭到的洛伦兹力大于霍尔电场斥力，向霍尔电场斥力方向偏转，速率大的自旋遭到磁场斥力小于霍尔电场斥力，向洛伦兹力方向偏转。这样致使右侧告诉自旋较多，相当于水温较高，而另左侧低速自旋较多，相当于水温较低。这些纵向温差就是温差电动势VE，这些现象称为爱延豪森效应。这些效应构建须要一定时间，倘若采用直流电检测时会为此而给霍尔电流检测带来偏差，假若采用交流电，则因为交流变化快致使爱延豪森效应来不及完善，可以减少检测偏差。
据悉，在使用霍尔器件时还存在不等位电动势造成的偏差，这是由于霍尔电极B、B’不可能绝对对称焊在霍尔片一侧形成的。因为目前生产工艺水平较高，不等位电动势很小，故通常可以忽视，也可以用一个电位器加以平衡(图2.3.1-1中电位器R1)。我们可以通过改变IS和磁场B的方向去除大多数付效应。具体说在规定电压和磁场正反方向后，分别检测下述四组不同方向的IS和B组合的VBB’,即＋B，+IVBB’=V1-B，+IVBB’=-V2-B，-IVBB’=V3＋B，-IVBB’=-V4之后得到霍尔电流平均值，这样即使不能清除所有的付效应，但其引入的偏差不大，可以忽视不计。浊度率检测方式如右图所示。设B’C宽度离为L，样品横截面积为S=bd，流经样品电压为IS，在零磁场下，测得B’C间电流为VB’C,依照欧姆定理可以求出材料的浊度率。v了解霍尔效应原理以及有关霍尔元件对材料要求的知识。学习用“对称检测法”消除付效应影响。按照霍尔电流判定霍尔器件自旋类型，估算自旋的含量和迁移速率，实验内容和仪器：QS-H霍尔效应组合仪，小n极，测试仪。霍尔效应组合仪包括电磁铁，霍尔样品和样品架，换向开关和接线柱，如右图所示。
测试仪由电枢恒流源IM，样品工作恒流源IS，数字电压表，数字毫伏表等组成物理实验 霍尔效应，仪器面板如右图：将测试仪上IM输出，IS输出和VH输入三对接线柱分别与实验台上对应接线柱联接。打开测试仪电源开关，预热数分钟后开始实验。保持IM不变，取IM＝0.45A，IS取1.00,1.50……,4.50mA，测绘VH-IS曲线，估算RH。保持IS不变，取IS＝4.50mA，IM取0.100,0.150……,0.450mA，测绘VH-IM曲线。在零磁场下，取IS=0.1mA，测VB’C(即V)。·确定样品导电类型，并求(n,u,(。·注意事项测试仪开机、关机前将IS,IM旋钮逆秒针转入底，避免输出电压过大。·IS,IM接线不可颠倒，以防烧毁样品。·思考题若磁场不正好与霍尔器件片底法线一致，对检测结果有何影响，假如用实验方式判定B与器件发觉是否一致？能够用霍尔器件片检测交变磁场？......